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                仿真看世◢界之650V混合SiC單管的ζ開關特性

                發布時間:2021-09-08 來源:張浩 責任編輯:wenwei

                【導讀】英飛』淩最近推出了系列650V混合SiC單管(TO247-3pin和TO-247-4pin)。用最新的650V/SiC/G6/SBD續流二極管,取代了傳統Si的Rapid1快速續流二極管,配合650V/TS5的IGBT芯片(S5/H5),進一步優化了系統效率、性能∏與成本之間的微妙平衡。
                 
                仿真看世■界之∏650V混合SiC單管的開關↙特性
                 
                IGBT混搭SiC SBD續流二極管,在硬換流的場合,至少有兩個主要優勢:
                 
                ●    沒有Si二極管的反向恢復凉风恋紫損耗Erec
                ●    降低30%以上IGBT的開通損耗Eon
                 
                因此,在中小功率光∮伏與UPS等領域,IGBT混搭SiC SBD續流二極管具有較高性價比。
                 
                此次,我們將利用英飛淩強大且豐富的器件SPICE模型,同樣在Simetirx的仿真環境裏,測試不同類型的續ㄨ流二極管,對IGBT開通特性及Eon的影響。
                 
                特別提醒
                 
                仿真無法替代實驗,僅供參考。
                 
                選取仿真小巷里不干净研究對象
                 
                IGBT:650V/50A/S5、TO247-4pin(免去發射極電感對開通的影響)
                 
                FWD:650V/30A/50A Rapid1二極管和650V/20A/40A SiC/G6/SBD二極管
                 
                Driver IC:1EDI20I12AF驅動芯片,隔離◥單通道,適合快速IGBT和SiC驅動
                 
                搭建仿真電路
                 
                如下圖1所示,搭建了雙脈沖仿真電路,溫度設為常溫。
                 
                驅動回路
                 
                驅動芯片(1EDI20I12AF),對下管Q1(IKZ50N65ES5)門級的⊙開關控制,與上管D1續流二極管進行換流。參照Datasheet的條件,驅動IC原邊5V供電及5V的控制信號,驅動IC輸也就是说出的驅動電壓15V/0V給到Q1的門級,驅動電阻Rgon和Rgoff都設置為23.1Ω,再假設20nH左右的ξ 門級PCB走線電感。
                 
                主回路部分』
                 
                設置母線卐電壓400V,在器件外的上管、下管和母線附近各設置10nH,總共30nH(參照規格書◆中的雙脈沖測試條件,Lσ=30nH)。根據仿真中的驅動脈沖寬度與開關電流要求,設置雙脈沖的電感參數。
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管Ψ的開關特性
                圖1:雙脈沖仿真◆電路圖
                 
                仿真結果分析
                 
                根據上述電路,通過選︻取不同的續流二極管D1的型號進行仿真,對比觀察Q1的IGBT在開通過程的變化。如圖2和圖3所示,在IGBT的開通過程中,當續流管D1的型號從650V/50A/Rapid1切換到650V/40A/SiC/G6/SBD後,開通電流Ic的電流尖〇峰(由D1的反向恢復電荷Qrr形成),從虛線(50A/Rapid1)的巨▲大包絡,顯著變為實線(40A/SBD)的小電流過沖;同時電壓Vce在第二段的下降速度也明顯▃加快,使得電流Ic與電壓Vce的交疊區域變小。因此,體現在開通損耗Eon上,前者虛線(50A/Rapid1)為Eon=430uJ,降為實線(40A/SBD)的Eon=250uJ,占比為58%,即Eon降幅約40%。
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的↓開關特性
                圖2:雙脈沖仿真開關特性波形(650V/50A/Rapid1)
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開▲關特性
                圖3:雙脈沖原来是他仿真開通波形對比(Rapid1/50A VS SiC/G6/SBD/40A)
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開暗月狂歌關特性
                圖4:雙脈沖仿真開通波形對比(不同電流規格二是非常可疑極管的對比)
                 
                為了♀進一步驗證二極管D1的影響,分別用兩種不同電流進行橫向對比。由上述圖4的仿真結◥果可見:同為650V/SiC/G6/SBD二極管的Qrr本身很小,不同電流規格(40A和20A),其Ic電流尖峰和開通損耗Eon都很接近。相對而言,50A和30A的650V/Rapid1的二極管,才能︼體現出一定的差異。
                 
                以上仿真是在門級電阻Rgon=23.1Ω、驅動電壓Vge=15V/0V和外部電感Lσ=30nH的條件下進行的,如果采用不同門〓級電阻Rgon=18Ω或35Ω、Vge=15V/-8V和不同◣外部電感(如Lσ=15nH)時,從Rapid1/50A到SiC/G6/SBD/40A,IGBT開通損耗Eon的變化趨勢又將如∩何呢?
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開關特性
                圖5:門級電阻Rgon為18Ω和35Ω時,SiC/G6/SBD/40A對Eon的影響
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開關特性
                圖6:外部電感Lσ=15nH時,SiC/G6/SBD/40A對Eon的影響
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開關特性
                圖7:在門↑級電壓Vge=15V/-8V時,SiC/G6/SBD/40A對Eon的影響
                 
                由上述幾組ζ仿真結果來看,在一定門級電阻Rgon範圍,一定外部電感條件Lσ,以及不同門級電壓Vge時,均可→以看到650V/40A/SiC/SBD二極管,給IGBT開通帶來約』50%左右的Eon損耗降低。
                 
                文章最後,我們再討論一個問題:選擇Vge=15V/0V與Vge=15V/-8V,對650V/50A/S5的TO247-4pin的單管的開關損耗Eon/Eoff有影響嗎?
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開關特性
                圖8:不同Vge電壓對650V/S5/50A+Rapid1/50A開關特性的↙影響
                 
                仿真看世界之650V混合SiC單管的開關特性
                圖9:不同Vge電壓對650V/S5/50A+SiC/G6/SBD/40A開關特性的影響
                 
                在圖8和圖9中,虛線表示Vge=15V/0V,而實」線表示Vge=15V/-8V;粗略來看,對Eon的影響可以忽略,而對Vge的負壓,可以減少Eoff差不多有50%(以Vce尖峰作為代一阵骨节咔嚓價)。仿真雖然無∑法定量,至少可以定性地「提醒大家,在設計與實測的時候,不要隨意忽視Vge對開關特性的影★響,尤其是㊣ 快速型的IGBT。
                 
                期望上述的仿真分析,對大家深入理解650V混合SiC的開關特性有所幫助。
                 
                來源:英飛↓淩科技大中華區
                 
                 
                免責聲明:本文為轉載文①章,轉載此文目的在於傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所☉用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問∞題,請聯系小編進行處理。
                 
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